クロスオーバーネットワークを備えたこのオープンバッフルHi-Fiラウドスピーカーシステムを構築する

ここで紹介するオープンバッフルハイファイ、高品質スピーカーの設計は、一般的なスピーカーハウジングの代わりになります。その音の放出パターンは静電パターンに似ています。ドライブユニットには通常のダイナミクスを採用していますが、ウーファーのエンクロージャーやハウジングがなくても機能します。複製は、耳に非常に「広々とした」影響を与えます。

設計上の考慮事項

電気エネルギーは通常、ダイナミックドライブユニットを介して音響エネルギーに変換されます。静電ユニットやリボンユニットなどの他の形式もありますが、これらは通常、コストが高く、場合によってはさらに影響を受けやすく、約70年前から存在している従来のコーンタイプと比較して構築が複雑です。

世界中で、何百万もの スピーカードライブユニット 毎年製造されています。これらのほんのわずかな割合がハイファイ機器用に作成されています。残りは電話、カーラジオで使用するためのものです。ポータブルラジオなど。

通常、コーンスピーカーは高品質のオーディオ処理にのみ適していると考えられています。これは、このタイプにはかなりのレベルの空気を動かす能力があるためです（これが物理的な聴覚特性の唯一の重要な側面です）。

「ダイヤフラム」が低周波数を複製する必要がある場合、コーンの前面と背面が互いに「検出」できないことが重要です（そうしないと、音響短絡が発生する可能性があります）。

このため、低周波数の再生には、一般に密閉ボックスまたはバスレフハウジングが使用されます。

この種のエンクロージャーには、コーンと一緒に振動する傾向があるため、欠点があります（コンクリートにボルトで固定されている場合を除く）。

数人の専門家は、パターンは点光源のように焦点を合わせる必要があると考えています。つまり、すべての周波数範囲を360°の角度で送信する必要があります。

実際には、中周波およびツイーターユニットの放射パターンは約180°に制限されており、ウーファーのみが約360°に到達する可能性があります。

これに対する解決策を見つけることができます。たとえば、ドライブユニットをハウジングの裏側にも固定します。別のオプションは、静電ドライバーの適用です。これは、静電ドライバーが波を前後に押すためです。

表側の再生音と裏側の再生音は逆位相であるため、多方向ラジエーターとは反応が異なります。

この種のユニットは、放射スタイルが八角形であるにもかかわらず、結果としてダイポールラジエーターとして知られています。ただし、このタイプのユニットからの音声出力は、背面からの音波がいくつかの反射を介してリスナーに到達し、立体的なインパクトを高めるため、非常に心地よく聞こえます。

議論されたオープンバッフルの高品質スピーカーボックスのデザインは、音楽の世界では完全に新しいものではありませんが、DO-IT-YOURSELFベンチャーのトピックになることはほとんどなく、これらのいくつかの要素をブレンドすることを目指しています。簡単に言えば、ダイポールラジエーターとして実行されますが、通常のダイナミックドライブユニットを採用しています。

低周波数は小さなバッフルに配置された2つのウーファーによって処理され、中音域と高周波数は2つのスコーカーと1対のツイーターによって処理されます。

技術的なヒント

スピーカードライブユニットがボードの中央に取り付けられている場合、低いカットオフ周波数（ボードの寸法によって決定される）での周波数特性は、オクターブあたり6dBの割合で減少します。

オクターブあたり18dBに向上するドライブユニットの共振周波数の下では、しかし、低い共振周波数を持つドライブユニットに関しては、これは実際には重要ではありません。

この効果は、密閉ボックス（オクターブあたり12 dB）またはバスレフボックス（オクターブあたり12〜18 dB）の効果と比較してより好ましいです。

欠点は明らかに、低いカットオフ周波数が高いことです（半波長：ボードの直径）。この周波数では、コーンの表側と裏側が互いに打ち消し合い始め、結果として機能が低下します。

まるで前に押し出された空気が、後ろ側のコーンに引き込まれた空気に吸収されているかのようです。 60 Hzのカットオフ周波数には、約3x3インチ（10x10フィート）のボードが必要です。

さらに、クリーンな特性では、「短絡」が広い周波数範囲に分散されるように、ドライブユニットを非対称に取り付ける必要があります。

このタイプの実質的なボードは、明らかに、限られたスペースを占める同一の機能のモデルであるホームベースのアプリケーションの視野を超えています。

それにもかかわらず、オープンバッフルの設計は、ハウジングが音の再生に及ぼす無数の（望ましくない）結果（定在波：一緒に振動するなど）を排除するため、引き続き好奇心があります。

エンクロージャーが木でできている場合、ハウジングの振動は実際には大きな課題になります。家庭での使用の場合、部屋の床に配置された適度な測定のパネルは、その寸法を人為的に改善し、カットオフ周波数を下げることを試みる可能性があります。

さらに、電気的補償を適用して（ある程度）音響退廃を補うことができます。これにより、効率と電力処理がある程度低下する可能性がありますが、かなり大きなコーンを使用し、補正を制限することで、現実的な境界内に維持できます。

現在のレイアウトは、210 mmのウーファーが数台設置されている、高くて狭いボード上で実行され、地面に垂直に配置することを目的としています。 （計算された）低いカットオフ周波数（-3 dB]は、100Hz近くにあります。

追加のアンプは不要と考えられていたからです。補正ネットワークは、実際にはウーファーの入力に接続されたパッシブLCタイプです。図3を参照してください。

さらに、電気的補償を適用して（ある程度）音響退廃を補うことができます。これにより、効率と電力処理がある程度低下する可能性がありますが、かなり大きなコーンを使用し、補正を制限することで、現実的な境界内に維持できます。

現在のHi-Fiスピーカーのレイアウトは、210 mmのウーファーが数台設置されている、高くて狭いボード上で動作し、地面に垂直に配置することを目的としています。 （計算された）低カットオフ周波数（-3 dB）は100 Hz近くにあります。追加のアンプは不要と見なされたため、クロスオーバー補正ネットワークは実際にはウーファーの入力に接続されたパッシブLCタイプです。図を参照してください。 3.3。

図3

パーツリスト

ボードに取り付けられたウーファーの（測定された）特性を補正ネットワークの特性と調整されたスピーカーの特性を図1に示します。

図1

効率と電力処理を許容範囲内に維持するために、補正は1オクターブのすぐ上に制限されています。

効率は8dB低下します。ウーファーのペアを使用しても、実際には効率は向上しません（散逸は大きくなりますが、全体的なインピーダンスは低くなります）。パワー出力は、クローズドボックス内の210mmウーファー1台と実質的に同じです。テストした特性を図2に示します。

図2

-3dBのカットオフ周波数が約35Hzに低下することが観察されています。これは、hi-Fiアプリケーションに適した値です。

補正された曲線は、200 Hzを超えてスライドを開始するために、ローパスフィルターの効果で構成されていることに注意してください。結果として得られるDCシンボルは、いくつかの「従来の」スピーカーボックスよりも低いHzで優れた低音出力を提供する狭いバッフルです。

提案されたオープンバッフルレイアウトは低周波数をうまく再現しないように見えるかもしれません。ただし、これは通常、ボックスの設計者が実際の部屋や空間の効果を有効にしないため、スピーカーが部屋に使用されるとすぐに低周波数のピークが発生するためである可能性があります。

前面と背面でテストされたウーファーの特性は、低周波数で本質的に同じです。これは、スコーカー（ミッドレンジユニットとツイーター）の状況ではありません。これは、これらをリアエンドで複製する必要があることを意味します。

さらに、スクエーカーは大きく湾曲した周波数特性と劣った放射効率を持っています。そのため、これらのユニットを小さな住宅に入れることが重要になりました

ドライブユニットの選択

改善された放射を目撃するために、ドライブユニットの直径は、再生されたオーディオ波長と比較して小さい必要があります。

したがって、3方向の方法が必要です。システム内のさまざまなタイプのドライブユニットを選択すると、通常、可用性が困難になるため、単一のサプライヤの範囲内で3つのタイプすべてを選択することにしました。

クロスオーバーネットワーク

クロスオーバーネットワークの回路は、図3で確認できます。テストされた出力は、図4に示されています。インダクタL2とR2は、図1に示すように低周波補正を提供します。

図4

適切なフィルタリングはL1-C1によって行われます。このセクションでは、約400 Hzを超える2次勾配が得られます（図4ではかなり減少しているように見えますが、曲線は電気出力のみに関連しているため、ドライブユニットの効率は含まれていません。

抵抗R1は、L2-R2の影響やウーファーの周波数依存インピーダンスに関係なく、システムの出力でかなり安定した抵抗を保証します。スコーカーの部分は、400 Hzでのロールオフ用のL4-C2と、5kHzでのロールオフ用のL5-C3で構成されます。スロープはオクターブあたり約12dBです。

ツイーターの自然なロールオフに加えて、これはより鋭い傾斜を生成します。これは、ミッドレンジデバイスが過度の電力を処理しないようにするために重要です。セクションとドライブユニット間の減衰器R3-R4は、3.5dB近くでレベルマッチングを提供します。ツイーターセクション（2次）にはL5-C4が含まれます。

アッテネーターR5-R6は、約5.5 dBのレベルマッチングを提供し、究極のフラットな音響周波数応答を提供します。クロスオーバーネットワークは、適切なコンポーネントレイアウトについては、図5を参照してください。

図5

コア付きインダクタはかなり重いため、可能であれば、非金属製のナット、ボルト、ワッシャーで適切にクランプする必要があります。インダクタL1、L2、L4は、HQコアを備えたボビンタイプです。この材料は、高周波数と低周波数の両方で歪みを発生させず、非常に安価です。

L1とL2は比較的大きな電流を流すと想定されているため、空芯インダクタであるか、非鉄または劣ったコア材料を使用しています。バイポーラ電解としてC2を選択しているにもかかわらず、MKTタイプも同様に効果的に使用できます。

構築する方法

基本的に、図6に表示されているすべてのセクションは、25 mm [1インチ]の中密度チップボードから製造されています。主要な要素はパネルAで、高さ1150 mmのボードに、ウーファー、スコーカー、ツイーターのペアが取り付けられています。

すべてのドライブユニットを沈めた穴にボルトで固定する必要があることに注意してください。これにより、放射効率が大幅に向上します。ただし、背面からの音声送信はそれほど重要ではないため、これは前面でのみ重要です。

図6

これまでの設計の側面図は、ベース上で広がる50 mm [2インチ）のソリッドセクションのように見えます。

必要に応じて、ラッカーまたはベニヤでこれを仕上げます。パネルEを覚えておいてください。ラッカーまたはベニヤが乾いたら、スピーカーのコードを動かし、ドライブユニットを前面に取り付けます。背面のスコーカーとツイーターのケーブルを見落とさないでください。

ケーブルをデバイスに接続します。後でさまざまなケーブル端子に関して混乱が生じないように、ケーブルの端にタグを付けます。

ワイヤーが通る穴は、eを使用して防水シールする必要があります。 g。グルーガン。続いて、図6bに示すように、パネルEをチップボードネジで背面上部に固定します。ネジ頭は皿穴にする必要があります。

図7

パネル間のスペースを適切なテーピングで覆います。その後、リアスコーカーとツイーターを取り付けます。

これらのセクションへのケーブル接続が前の意味の複製であることを確認し、フロントツイーターの+ラインをリアツイーターの-ラインに接続し、同様にミッドレンジユニットに接続します。

クロスオーバーネットワークに従った電気極性は、フロントスピーカーに依存します。

次に、図7の写真に示すように、ウーファーの下にクロスオーバーシステムを取り付けます。最後に、図7に示すようにL字型のマウントを作成し、これを図のようにベースパネルにボルトで固定し、ソケットをこれに取り付けます。 。必要に応じて、ソケットをクロスオーバーネットワークに接続します。

技術仕様